Патент на изобретение №2257360
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ОГНЕУПОРНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ ЗАДЕЛКИ КАТОДНЫХ СТЕРЖНЕЙ В ПОДОВЫЕ БЛОКИ
(57) Реферат:
Изобретение относится к огнеупорным составам для склеивания графитсодержащих изделий с металлом и может использоваться в металлургической промышленности, в частности в электролизерах для заделки катодных стержней (блюмсов) в подину. Огнеупорный состав для заделки катодных стержней в подовые блоки содержит наполнитель, включающий графит и термоантрацит, связующее, содержащее каменноугольный пек с фенолформальдегидной смолой и отвердитель, при этом наполнитель содержит дополнительно серый чугун в виде стружки размером 0,2-1,6 мм, включающий также небольшое количество фосфора и кремния (соответственно 0,8-1,6% и 2,5-3,6% по массе чугуна), а связующее в качестве пека содержит каменноугольный пек и дополнительно метилнафталин, при следующем соотношении компонентов, мас.%: серый чугун в виде стружки размером 0,2-1,6 мм 60-70; графит и термоантрацит фракции не более 0,2 мм 8-12; связующее 22-28, при следующем содержании ингредиентов по отношению ко всему огнеупорному составу, мас.%:каменноугольный пек 11-21; метилнафталин 2-4; фенолформальдегидная смола 4,3-6,7; отвердитель 0,3-0,7. Достигается уменьшение падения напряжения на подине и повышение ее износостойкости за счет улучшения физико-химических свойств состава. 1 табл.
Изобретение относится к огнеупорным составам для склеивания графитсодержащих изделий с металлом и может использоваться в металлургической промышленности, в частности в электролизерах для заделки катодных стержней (блюмсов) в подину. Известен клеящий состав, описанный в а.с. СССР №528332 “Состав для склеивания графитсодержащих изделий с металлом”, кл. C 09 J 1/00, заявл. 29.06.72, опубл. 15.09.76. Известный состав содержит следующие компоненты, вес.%: – искусственный графит фракции 0,09-0,5 26-40 – полиамидную смолу 20-24 – эпоксидно-кремнийорганическую смолу 40-50. Недостаток известного состава заключается в ограниченности возможностей его применения, т.к. он предназначен только для склеивания графитсодержащих деталей с металлом. Известен клеящий состав, описанный в а.с. СССР №486034 “Клей”, кл. C 09 J 1/00, заявл. 21.06.74, oпубл. 09.01.76. Известный состав содержит следующие компоненты, вес.%: – хромоалюмофосфатное связующее 44,6-65 – активную добавку – гидроокись алюминия 4,4-6 – электропроводящий наполнитель – графит 32-51. Известный состав имеет ограниченные возможности применения – только для соединения электрических проводников, в частности графитовых электродов с металлическими токовыводами, и не обеспечивает достаточной прочности соединения при больших размерах соединяемых изделий. Известен огнеупорный состав, описанный в “Рекомендациях по приготовлению и применению фосфатного огнеупорного клея”, М., 1988 г. Известный состав содержит алюмохромфосфатное связуюшее и алюмосиликатный порошкоообразный наполнитель при следующем составе компонентов, мас.%: – шамотный порошок 80-85 – глина огнеупорная молотая 15-20 – алюмохромфосфатное связующее 40-50 при плотности 1430-1460 кг/м3. Расход клея – 190-200 кг на 1 м3 кладки. Огнеупорный состав применяется для склеивания огнеупорных изделий при кладке и ремонте тепловых агрегатов. Однако он не обеспечивает хорошей электропроводности склеиваемой массы. Известен огнеупорный состав для заделки катодных стержней (блюмсов) в подину (угольные блоки) электролизера, описанный в книге М.М.Ветюкова “Электрометаллургия алюминия и магния”, М., 1987, стр. 94. Обычно подина электролизера набрана из подовых секций, представляющих собой угольный блок, в нижней части которого имеется паз для катодного стержня и который изготовлен из термоантрацита, графита (20-30%), угольного боя и литейного кокса, измельченных и смешанных со связующим каменноугольным пеком. Крепление стержня в блоке производится заливкой специальным чугуном с минимальной усадкой: Si 2,5-3,6 и Р 0,8-1,6% (по массе чугуна). Подовые секции устанавливают на расстоянии 50 мм друг от друга, а в пространство между ними набивают подовую массу того же состава, что и подовые секции, которая при обжиге подины коксуется, образуя подовый шов, прочно связывающий подовые блоки; между боковой футеровкой и подовыми блоками из той же массы набивают периферийный шов шириной до 300 мм. Подина является наиболее слабым местом электролизера. Ее разрушение происходит за счет проникновения натрия в угольную футеровку; при совместном выделении натрия и алюминия, которое происходит при катодном процессе, натрий диффундирует через толщу алюминия и поглощается подовыми блоками, разбухающими при этом. Увеличение срока службы подин может быть достигнуто за счет улучшения качества подовых блоков и подовой массы. Кроме того, при некачественной футеровке подины на ней увеличивается падение напряжения, что увеличивает удельный расход электроэнергии. Недостатком известного футеровочного огнеупорного состава для заделки катодных стержней в блоки является то, что при ее использовании достаточно велико падение напряжения на подине, что приводит к увеличению удельного расхода электроэнергии в устройстве и общего расхода электроэнергии. Прочность футеровки также не очень удовлетворительна. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является огнеупорный состав, описанный в книге Мартина Сорлье и Харальда А.Ойла ” Катоды в алюминиевом электролизе”. Известный состав содержит следующие компоненты, вес.%: – наполнитель – антрацит/графит 78,4-80,6 – связующее – пек 12,6-14,0 – растворитель 4,5-6,0. Недостатком известного состава является то, что при его использовании достаточно высоко падение напряжения на подине и значителен удельный, а следовательно, и общий расход электроэнергии в устройстве, что делает его неэкономичным. Кроме того, он недостаточно термо- и химически стоек, что ухудшает износоустойчивость подины. Целью заявляемого изобретения является уменьшение падения напряжения на подине и повышение ее износостойкости за счет улучшения физико-химических свойств состава. Поставленная цель достигается тем, что в огнеупорном составе для заделки катодных стержней в подовые блоки, содержащем наполнитель, включающий графит и/или термоантрацит, связующее, содержащее пек, фенолформальдегидную смолу и отвердитель, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ, наполнитель содержит дополнительно серый чугун в виде стружки, размером 0,2-1,6 мм, содержащий фосфор и кремний соответственно в количестве 0,8-1,6% и 2,5-3,6% (по массе чугуна), наполнитель включает графит/термоантрацит фракции не более 0,2 мм, связующее в качестве пека содержит каменноугольный пек и дополнительно метилнафталин при следующем соотношении компонентов, мас.%: – серый чугун размером 0,2-1,6 мм 60-70 – графит и/или термоантрацит фракции не более 0,2 мм 8-12 – связующее 22-28, при следующем содержании ингредиентов по отношению ко всему огнеупорному составу, мас.%: – каменноугольный пек 11-21 – метилнафталин 2-4 – фенолформальдегидная смола 4,3-6,7 – отвердитель 0,3-0,7. Введение в связующее – смесь каменноугольного пека с фенолформальдегидной смолой – метилнафталина позволяет повысить текучесть состава, что улучшает его физико-химические свойства и обеспечивает более плотную структуру футеровки, повышая ее термостойкость, теплопроводность и химическую стойкость, а использование в наполнителе чугунной стружки в значительной мере повышает электропроводимость футеровочной массы, что снижает падение напряжения на подине и удельный расход электроэнергии. Кроме того, применение в качестве наполнителя стружки серого чугуна, содержащего графит в форме игольчатых пластинок, а также небольшое количество кремния и фосфора минимизирует усадку смеси, что также повышает качество футеровки и износостойкость подины. Заявляемый огнеупорный состав для заделки катодных стержней в подовые блоки обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как использование в наполнителе дополнительно стружки серого чугуна фракции 0,2-1,6 мм с включением в нее фосфора и кремния, а в связующем – в качестве пека – каменноугольного пека и дополнительно метилнафталина при указанных выше соотношениях компонентов, обеспечивающих достижение заданного результата. Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемое техническое решение соответствует критерию “изобретательский уровень”. Заявляемый огнеупорный состав для заделки катодных стержней в подовые блоки может найти широкое применение в черной и цветной металлургии и потому соответствует критерию “промышленная применимость”. Заявляемый огнеупорный состав для заделки катодных стержней в подовые блоки содержит наполнитель, включающий графит и/или термоантрацит и серый чугун в виде стружки размером 0,2-1,6 мм, включающий также небольшое количество фосфора и кремния (соответственно 0,8-1,6% и 2,5-3,6% по массе чугуна), а также связующее, содержащее каменноугольный пек, фенолформальдегидную смолу, метилнафталин и отвердитель, при следующем соотношении компонентов, мас.%: – серый чугун в виде стружки размером 0,2-1,6 мм 60-70 – графит и/или термоантрацит фракции не более 0,2 мм 8-12 – связующее 22-28, при следующем содержании ингредиентов по отношению ко всему огнеупорному составу, мас.%: – каменноугольный пек 11-21 – метилнафталин 2-4 – фенолформальдегидная смола 4,3-6,7 – отвердитель 0,3-0,7. В качестве растворителя смолы может использоваться, например, циклогексанол или ксилол. Огнеупорный состав приготовляется из трех компонентов: – твердой части – наполнителя; – жидкой (вяжущей) части, называемой далее смолой; – отвердителя. Соотношение смола: отвердитель составляет 5:1; на каждую часть приготовленной смеси (смола+отвердитель) приходится примерно 14-17 частей твердого компонента. В качестве отвердителя используется, в частности, феноламин или уротропин. Сначала в смеситель загружают фенолформальдегидную смолу с отвердителем и перемешивают их, затем добавляют наполнитель (серый чугун в виде стружки, графит и/или термоантрацит и измельченный каменноугольный пек с метилнафталином) и перемешивают в течение 10 минут до получения однородной смеси. Измельченный пек рассматривается в данном случае как наполнитель, являясь одновременно и вяжущим веществом. При комнатной температуре состав остается пригодным в течение 2 часов. При комнатной температуре плотность смолы и отвердителя составляют соответственно 1,15 г/см3 и 0,92 г/см3. Общий объем V состава, требуемый для заделки, определяют как Vзазора × 3,1 г/см3 (плотность до застывания). Для заделки одного катодного стержня требуется 30 кг состава: – смола 1,75 кг; – отвердитель 0,35 кг; – наполнитель 29,40 кг. Выход – 31,50 кг готовой смеси. Для изготовления одной тонны огнеупорного состава для заделки катодных стержней, например, требуется: – 700 кг чугунной стружки заданного размера марки серого чугуна; – 100 кг отходов мехобработки блоков (термоантрацит и графит); – 220 кг среднетемпературного каменноугольного пека, в т.ч. 190 кг пека и 30 кг метилнафталина; – 60 кг клея, в т.ч. фенолформальдегидной смолы 55 кг и отвердителя 5 кг. Потребность состава на одну подину электролизера составляет около 700 кг. Физико-технические характеристики приведены ниже в таблице. Заявляемый состав в сравнении с прототипом имеет лучшие физико-химические свойства и обеспечивает снижение падения напряжения на подине и повышение ее износоустойчивости.
Формула изобретения
Огнеупорный состав для заделки катодных стержней в подовые блоки, содержащий наполнитель, включающий в себя графит и термоантрацит, связующее, включающее пек, фенолформальдегидную смолу и отвердитель, отличающийся тем, что наполнитель содержит дополнительно серый чугун в виде стружки размером 0,2-1,6 мм, содержащей фосфор и кремний в количестве соответственно 0,8-1,6% и 2,5-3,6% по массе чугуна, в качестве графита и термоантрацита наполнитель включает графит и термоантрацит фракции не более 0,2 мм, связующее в качестве пека содержит каменноугольный пек и дополнительно метилнафталин при следующем содержании компонентов, мас.%: Серый чугун в виде стружки размером 0,2-1,6 мм 60-70 Графит и термоантрацит фракции не более 0,2 мм 8-12 Связующее 22-28 при следующем содержании ингредиентов по отношению ко всему огнеупорному составу, мас.%: Каменноугольный пек 11-21 Метилнафталин 2-4 Фенолформальдегидная смола 4,3-6,7 Отвердитель 0,3-0,7
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 18.11.2007
Извещение опубликовано: 20.06.2009 БИ: 17/2009
|
||||||||||||||||||||||||||
